六、关于EPR争论

史学家在阐述历史的时候,通常采用旁观者的视角,所评论或辨析的则通常只是史料或对史料的分析。但戈革先生在介绍玻尔与爱因斯坦的EPR争论时,却出现了一个引人注目的例外:他不仅对历史,而且对爱因斯坦等人的观点本身进行了评述。在1985年发表的“关于尼耳斯·玻尔思想的几点历史考察”一文中,他这样写道:


我认为,1935年的EPR论文,在出发点上存在相当大的问题。作者们的前提不但在某种程度上自相矛盾,而且大大违反了“竞赛规则”。


戈革随后举出了EPR论文中的“实在性判据”,即:


如果在不以任何方式扰动一个体系的条件下,我们能够确切地(即以等于1的几率)预言一个物理量的值,则存在物理实在的一个要素和该物理量相对应。


戈革表示:“这样一个判据,事先就把量子力学‘否定掉了一半’”,因为“按照玻尔的看法,‘不以任何方式扰动一个体系’,一般地就意味着完全不能对体系作出任何预言”,而且“‘确切地(即以等于1的几率)’作出预言则更加意味着从一开始就一般地或在原理上排除了量子力学的几率诠释”。戈革并且认为,玻尔在EPR论文问世八年之前的科摩演讲中的一段话:


量子公设意味着,对原子现象的任何观察,都将涉及一种不可忽略的和观察仪器之间的相互作用,因此,就既不能赋予现象也不能赋予观察仪器以一种通常物理意义下的独立实在性了。


实际上已预先对EPR论文作出了回复。而EPR论文的逻辑,则等于是“一开始就假设人家是错误的”。戈革的这一观点在他的其他文章中也曾提到过。

显然,如果戈革的上述评论成立,即如果EPR论文违反了“竞赛规则”,“一开始就假设人家是错误的”,并且玻尔早在八年前就已实际上回复了EPR论文,那么不仅爱因斯坦等人的论文沦为了不值一驳的低级错误,连玻尔的眼力也成了问题。因为玻尔面对违反竞赛规则这样的巨大破绽,居然没将对方“一剑封喉”,却花了好几个月的时间来酝酿回复。据罗森菲尔德回忆:EPR论文的“突然袭击像一个晴天霹雳一样打到了我们头上,它对玻尔的影响是显而易见的”, “玻尔一听到爱因斯坦的论述,就把其他所有事情都搁下了”,然后就是“一天又一天,一周又一周”的仔细分析,直至完成回复为止。爱因斯坦等人的倾力出击,玻尔的细腻回复,果真是忽略了一个低级错误吗?我们在这里分析一下。

首先要指出的是:戈革提到的“‘确切地(即以等于1的几率)’作出预言”意味着“一般地或在原理上排除了量子力学的几率诠释”显然是不正确的。量子力学的几率诠释并不排除几率等于1的特殊情形(感兴趣的读者不妨举出一些量子力学涉及几率1的例子)。不过,这一点在戈革的论述中并非核心,我们只是略提一笔。戈革观点的真正核心,在于他认为EPR的实在性论据等于直接否定了玻尔反复阐述过的不以任何方式扰动一个体系,就完全不能对体系作出任何预言的观点,从而等于是一开始就假定玻尔错了。在辩论中如果一方一开始就假定对方错了,后面的论述岂非变得不必要了?

为了搞清楚EPR的实在性判据是否真的等于直接否定了玻尔的观点,我们必须引述EPR论文中戈革先生没有引述的一段话,这段话其实就紧挨在实在性判据的后面(重点是我加的):


这一判据尽管远不能穷尽判定物理实在的所有可能方式,但一旦它所要求的条件成立,它起码向我们提供了一种这样的方式。不将其视为必要而只视为充分,这一判据是与经典及量子的实在观念相符合的。


这段话清楚地表明,EPR论文并未将他们的实在性判据视为唯一判据,而只是表示,假如该判据所要求的条件——即在不以任何方式扰动一个体系的条件下,我们能够确切地预言一个物理量的值——成立,那么存在物理实在的一个要素与该物理量相对应。EPR论文明确表示,并非只有在那样的条件下,才能定义物理实在。因此他们的实在性判据并不排斥玻尔的观点,而只是试图在那种观点之外补充一种可能性。相反,如果我们把玻尔的观点理解为EPR论文所涉及的那种补充的可能性连探讨都不能探讨,那倒反而是违背“竞赛规则”的,因为那等于一开始就假定只有玻尔才是对的。幸好,EPR论文的作者与玻尔都很懂规则,在辩论中均未做出“违规”的事情。EPR论文的重点,在于试图构造一个能满足他们提出的实在性判据的测量过程,而玻尔的反驳,则意在说明被EPR论文以为是满足他们要求的测量过程,其实依然包含了“扰动”,从而不能被视为是满足要求的。

有关EPR争论,还有一个非常重要的地方需要提一下,那就是EPR论述作为爱因斯坦-玻尔论战的最后一轮,虽仍不曾战胜玻尔,却击中了玻尔在此前宣讲互补性时的一个盲区。那个盲区恰恰体现在戈革引述的玻尔科摩演讲的那段话里。在那段话里,玻尔强调了互补性的根源在于“对原子现象的任何观察,都将涉及一种不可忽略的和观察仪器之间的相互作用”。而在对EPR的回复中,玻尔写道(重点是原文就有的):


当然,在刚刚考虑的这一类事例中,在测量程序的最后关键阶段是谈不上对所考虑体系的机械干扰的。但是,即使在这一阶段中,也还在本质上存在对一些条件的影响问题,那些条件确定着有关体系未来行为的预言类型


在这里,玻尔事实上被迫作出了一次退让,引进了所谓“对一些条件的影响”这样一种纯概念性或信息性的“干扰”。这一退让虽不至于让他的观点失去自洽性,却大大削弱了它的力度。因为玻尔原本仰仗的干扰——虽不曾明说——实际上正是“机械干扰”,它与海森伯的不确定原理或作用量子的有限性一脉相承,在量子力学范围内有比较坚实的理论背景。而一旦被迫引进了所谓“对一些条件的影响”,就部分地陷入到了哲学的甚至语义的纠缠之中。在玻尔引进这种“对一些条件的影响”之后,EPR的实在性判据倒的确可以被认为——从玻尔的新立场看——是“直接否定了玻尔的观点”,只不过这时的冲突乃是玻尔修改立场所导致的,从而谈不上是违反“竞赛规则”。后来研究量子力学基础的很多物理学家都注意到了玻尔的这一退让。被迫作出这一退让,有可能正是罗森菲尔德所描述的EPR论文“像一个晴天霹雳一样打到了我们头上”的原因。EPR论证虽未能战胜玻尔,但它击碎了笼罩在玻尔互补性论述中受不确定原理或作用量子的有限性所保护的“机械干扰”这一硬壳,从而为20世纪60年代之后人们对量子力学其他诠释的研究作出了铺垫。

在结束本节前,我愿再补充几句与互补原理及EPR争论有关的评论。玻尔对EPR论文的回复无疑是借助了他的互补性观点。但有意思的是,爱因斯坦曾回忆说他们的论文发表后,很多人给他写了信,人人都说他错了,但每个人提出的理由都是不一样的。在玻尔出面回复前,海森伯也曾着手撰写了回复,他的回复并未发表,但在给泡利的信中海森伯表示他的回复与玻尔是不同的。海森伯的文稿后来被收录于他与泡利的通信集中,可惜他们的通信集似乎没有英译本。我想这是又一个例子,它说明即便像海森伯这样公认的哥本哈根学派的核心成员,在实际思考问题——哪怕是思考一个互补原理可以插足的问题——时,也很少能按玻尔的互补原理出牌。至于玻尔对EPR论文的回复发表之后的情形,英国皇后大学(Queen's University)的量子力学研究者惠塔克(Andrew Whitaker)有一段评论,我在这里引述一下。惠塔克提到玻尔的回复发表之后,绝大多数物理学家都支持了玻尔,不过:


不应该假定这些物理学家中的大多数曾经深入研读过玻尔的回复,甚至不能假定他们曾经读过。对他们来说,玻尔宣布找到了爱因斯坦的错误就已经足够了。但是,等到物理学家们真的深入研读玻尔的回复时,他们的感觉常常会改变,这样的情况正在发生,而且很可能正在加速发生。因为自20世纪60年代开始,失去了干扰诠释(注:指被EPR论文击碎了的“机械干扰”)后,玻尔的观点往往显得过于抽象,且语义重于物理。


惠塔克举出的一个重要例子就是爱尔兰物理学家贝尔(John Stewart Bell),他提出的贝尔不等式(Bell's inequality)虽导致了对量子力学有利的实验结果,但他公开表示自己并不理解玻尔的观点,这些我就不进一步叙述了。

最后我想指出的是,EPR论文对物理学的实际影响远远超过了玻尔对EPR论文的回复,也远远超过了互补原理或互补哲学的影响。它不仅为后世对量子力学基础的研究作出了铺垫,而且直接间接地导致了贝尔不等式、量子纠缠(quantum entanglement)、量子信息、量子计算、量子密码等后续研究或新兴领域的出现。需要指出的是,美国物理学家玻姆对EPR论述的简化对这些后续发展也有非常重要的贡献。从这个意义上讲,EPR论文非但不是一个低级错误,而且是一项影响深远的研究,那些影响甚至不是爱因斯坦本人所能梦想到的。